Le véhicule cahote sur l'étroite route à travers la plaine toscane. La chaleur est écrasante, il n'y a pratiquement aucun arbre, aucune habitation. Au milieu des champs, un long tube bleu se profile à l'horizon. Il s'agit de l'un des deux grands bras de l'interféromètre² Virgo.
Un défi technologique. Grâce à lui, les astrophysiciens du monde entier espèrent bientôt détecter les énigmatiques ondes gravitationnelles (voir encadré). Dans le bâtiment administratif, règne une agitation décontractée « à l'italienne » : un groupe scolaire s'apprête à visiter le « géant », des candidats à l'emploi attendent d'être reçus. La visite débute par le bâtiment central avec Dominique Troszezinski, ingénieur barbu et jovial, responsable des installations électriques. Ce vaste cube hermétique à la base duquel s'élance les deux tunnels bleus est le véritable cœur du dispositif. On y trouve un assemblage extrêmement complexe de tubes, de cylindres et de machines dont le rôle est de détecter une variation infime – de l'ordre de 10-18 mètres – entre les deux bras. Une incroyable prouesse qui sera le signe de l'éventuel passage d'une onde gravitationnelle. Vêtus de combinaisons blanches, nous pénétrons dans le Laboratoire Laser, en compagnie de Magali Loupias, coordinatrice de l'installation Laser. Elle désigne une table, envahie de miroirs et autres éléments optiques.

Bientôt, un faisceau laser très puissant en émergera³. Après une étape de « purification et de stabilisation » (légende 5), le faisceau atteindra un miroir séparateur, véritable point de départ de l'interféromètre. Là, les deux faisceaux seront dirigés le long des deux bras perpendiculaires situés dans deux tunnels légèrement surélevés. Sur chacun de ces bras qui forment une cavité résonante Fabry-Perot (légende 2), se trouvent dans des tours deux miroirs distants de trois kilomètres.

« À l'intérieur de chacune d'elles, fait remarquer Magali Loupias, le miroir sera maintenu sous ultravide et en suspension afin d'être isolé des perturbations sismiques. Il devra conserver exactement la même position à 10-18 mètres près, par rapport à son jumeau installé à 3 kilomètres de là ! » Entre les deux miroirs, le faisceau laser transitera dans deux tubes en acier inoxydable placés sous ultravide.
À leur sortie, les deux faisceaux seront à nouveau combinés sur une table de détection, suspendue et placée, elle aussi, sous vide. Les données seront alors recueillies, puis transmises aux physiciens qui pourront y traquer les ondes gravitationnelles. Si les photodiodes ne détectent aucune variation de lumière, c'est que les deux faisceaux ont parcouru la même distance et que les miroirs n'ont pas bougé l'un par rapport à l'autre. Si, au contraire, on repère une différence, c'est que cette distance a varié et qu'une onde gravitationnelle est peut-être passée par là. « Virgo ouvre ainsi de nouvelles perspectives scientifiques en astrophysique, annonce Daniel Enard, directeur technique du projet et actuellement vice-directeur d'EGO⁴.
Les physiciens en attendent deux choses. Tout d'abord réaliser la première détection directe de ces ondes. Ensuite, à plus long terme, ouvrir la voie à l'astronomie gravitationnelle, complémentaire de l'observation optique, radio, rayons X et gamma. Elle permettrait d'améliorer les connaissances sur les sources de ces ondes dont on n'a pour le moment qu'une approche théorique. » Les physiciens pensent pour l'instant que les sources les plus facilement détectables sont les couples d'étoiles, les trous noirs et les explosions de supernovae. Mais, l'observation des ondes gravitationnelles peut générer des surprises et il est tout à fait possible que  des phénomènes dont les chercheurs ne soupçonnent même pas l'existence soient mis en évidence. Leurs découvertes pourraient contribuer ainsi à apporter une réponse satisfaisante à l'énigme de la masse manquante de l'Univers⁵. « Avec Virgo et l'observation des ondes gravitationnelles qui traversent l'espace et la matière, on aborde une cosmologie spéculative, conclut Daniel Enard. Nous n'arrivons même pas à imaginer ce que nous allons pouvoir découvrir. »

Fabrice Impériali

Qu'est-ce qu'une onde gravitationnelle ? Selon la théorie de la relativité générale d'Einstein, la présence de matière courbe l'espace-temps. Toute variation de cet espace-temps, tel le déplacement ou l'explosion d'une masse, crée des ondes gravitationnelles qui se diffusent à la vitesse de la lumière à travers l'espace et la matière. Elles produisent des forces qui peuvent modifier la distance entre deux objets.